探究弹力和弹簧伸长的关系PPT课件.ppt

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1、 实验原理实验原理 实验步骤实验步骤 注意事项注意事项 探索与研究探索与研究高考广东理科基础高考广东理科基础9 中山市华侨中学第三次模考卷中山市华侨中学第三次模考卷12南京市金陵中学一轮复习检测南京市金陵中学一轮复习检测（一）（一）12 佛山市教学质量检测（二）佛山市教学质量检测（二）16 高考理综北京卷高考理综北京卷21（2）弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外弹簧受到拉力会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等。这样弹力的大小可以通过测定外力而力大小相等。这样弹力的大小可以通过测定外力而得出（可以用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力）；得出（可以用悬挂砝码的方法给弹簧施加拉力）；弹簧的

2、伸长可用直尺测出。多测几组数据，用列表弹簧的伸长可用直尺测出。多测几组数据，用列表或作图的方法探索出弹力与弹簧伸长的定量关系。或作图的方法探索出弹力与弹簧伸长的定量关系。实验原理：实验原理：实验器材：实验器材：实验目的：实验目的：探索弹力与弹簧伸长的定量关系，并学探索弹力与弹簧伸长的定量关系，并学习所用的科学方法。习所用的科学方法。弹簧（不同的多根）、直尺、砝码。弹簧（不同的多根）、直尺、砝码。2、如图所示，将弹簧一端固定，另一端挂、如图所示，将弹簧一端固定，另一端挂上砝码（钩码），待弹簧平衡后，记录下弹上砝码（钩码），待弹簧平衡后，记录下弹簧的长度及砝码的重量。然后改变砝码的质簧的长度及砝码

3、的重量。然后改变砝码的质量，再读出几组数据量，再读出几组数据. 1234567F/N l/cm x/cm 实验步骤：实验步骤：3、将数据记录在表格中、将数据记录在表格中:（弹簧原长（弹簧原长l0= cm）1、用直尺测出弹簧的原长、用直尺测出弹簧的原长l0。用用F表示弹簧的弹力，用表示弹簧的弹力，用l0表示弹簧原长表示弹簧原长(自然长度自然长度),用用l表示弹簧现长，用表示弹簧现长，用x表示弹簧的伸长，则表示弹簧的伸长，则x=l-l0。5探索结论：按照探索结论：按照Fx图象中各点的分布与走向图象中各点的分布与走向,尝试做出一条平滑的曲线（包括直线）。所画的点尝试做出一条平滑的曲线（包括直线）。所

4、画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。尝试写出曲线所代表的函数，首先点数大致相同。尝试写出曲线所代表的函数，首先尝试尝试Fx是否为一次函数，如果不行则考虑二次函是否为一次函数，如果不行则考虑二次函数或其它函数。数或其它函数。6解释函数表达式中常数的物理意义。解释函数表达式中常数的物理意义。4根据测量数据画出根据测量数据画出Fx图象：（以图象：（以F为纵轴，为纵轴，以以x为横轴）为横轴）4描线的原则是，尽量使各点落在描画出的线上，描线的原则是，尽量使各点落在描画出的线上，少数点分布于线两侧，描出的线不应是折线，而应少数点分布于

5、线两侧，描出的线不应是折线，而应是平滑的曲线。是平滑的曲线。注意事项注意事项1每次增减砝码测有关长度时，均需保证弹簧及砝每次增减砝码测有关长度时，均需保证弹簧及砝码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将码不上下振动而处于静止状态，否则，弹簧弹力将可能与砝码重力不相等。可能与砝码重力不相等。2测量有关长度时，应区别弹簧原长测量有关长度时，应区别弹簧原长l0，实际总长，实际总长l及伸长量及伸长量x三者之间的不同，明确三者之间的关系。三者之间的不同，明确三者之间的关系。3建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表建立平面直角坐标系时，两轴上单位长度所代表的量值要适当，不可过大，也不可过小。的量值

6、要适当，不可过大，也不可过小。将弹簧上端固定在支架上，下端挂上砝码（质量将弹簧上端固定在支架上，下端挂上砝码（质量已知为已知为m）测出弹簧伸长）测出弹簧伸长x。xxmgG 探索与研究探索与研究用一个支架、一根弹簧、一把直尺和一个已知质量用一个支架、一根弹簧、一把直尺和一个已知质量的砝码，来测定某个不太重的物体有多重，该怎么的砝码，来测定某个不太重的物体有多重，该怎么做？做？解析：解析：将砝码取下换上待测物体，测出弹簧种长将砝码取下换上待测物体，测出弹簧种长x。待测物体的重为待测物体的重为 高考广东理科基础高考广东理科基础9 9、探究弹力和弹簧伸长的关系时，在弹性限度内，、探究弹力和弹簧伸长的关

7、系时，在弹性限度内，悬挂悬挂15 N重物时，弹簧长度为重物时，弹簧长度为0.16 m；悬挂；悬挂20 N重物重物时，弹簧长度为时，弹簧长度为0.18 m，则弹簧的原长，则弹簧的原长L原原和劲度系和劲度系数数k分别为分别为 （ ） AL原原0.02 mk500 N/m BL原原0.10 mk500 N/m CL原原0.02 mk250 N/m DL原原0.10 mk250 N/m解：解：N/m250N/m1601801520 .LFkm10025015160原.kFLL D12（8分）下表是某同学为探索弹力和弹簧伸长的分）下表是某同学为探索弹力和弹簧伸长的关系所测的几组数据：关系所测的几组数据：

8、弹力：弹力：F/N0.51.01.52.02.5弹簧的伸长弹簧的伸长x/cm2.65.06.89.812.4（1）请你在图中的坐标线上作出）请你在图中的坐标线上作出Fx图线图线（2）写出曲线所代表的函数式）写出曲线所代表的函数式.（x用用cm作单位）作单位）（3）解释函数表达式中）解释函数表达式中常数的物理意义常数的物理意义.（3）弹簧每伸长）弹簧每伸长1cm其弹力增加其弹力增加0.2N369120.51.01.52.02.50F/Nx/cm15解：解： （1）见右图示）见右图示（2）F=0.2x中山市华侨中学第三次模考卷中山市华侨中学第三次模考卷12南京市金陵中学一轮复习检测（一）南京市金陵

9、中学一轮复习检测（一）12 12（8分）一位同学要研究轻质弹簧的弹性势能分）一位同学要研究轻质弹簧的弹性势能与弹簧与弹簧长度改变量的关系，他的实验如下：在离地长度改变量的关系，他的实验如下：在离地面为面为h的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方的光滑水平桌面上，沿着与桌子边缘垂直的方向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为向放置一轻质弹簧，其左端固定，右端与质量为m的的一小钢球接触，当弹簧处于自然长度时，小钢球恰一小钢球接触，当弹簧处于自然长度时，小钢球恰好在桌子边缘，如图所示。让小钢球向左压缩弹簧好在桌子边缘，如图所示。让小钢球向左压缩弹簧一段距离后由静止释放，使钢一段距离后由静止释放，

10、使钢球沿水平方向射出桌面，球沿水平方向射出桌面，小球在空气中飞行后落小球在空气中飞行后落到水平地面上，水平距到水平地面上，水平距离为离为s。sh （1）请你推导出弹簧弹性势能）请你推导出弹簧弹性势能Ep与小钢球质量与小钢球质量m、桌面离地面高度桌面离地面高度h、水平距离、水平距离s等物理量的关系等物理量的关系式：式： 。 （2）弹簧的压缩量）弹簧的压缩量x与对应的钢球在空中飞行的水与对应的钢球在空中飞行的水平距离平距离s的实验数据如下表的所示：根据以上实验数的实验数据如下表的所示：根据以上实验数据，请你猜测弹簧的弹性势能据，请你猜测弹簧的弹性势能Ep与弹簧的压缩量与弹簧的压缩量x之之间的关系式

11、为间的关系式为 ，并说明理由：并说明理由： 。 弹簧的压缩量弹簧的压缩量x/cm1.001.50 2.00 2.50 3.00 3.50钢球飞行的水平距离钢球飞行的水平距离s/m1.011.50 2.01 2.48 3.01 3.50解：解：221gth hmgstsmmvEP421212222 mgs2/4hEP与与x2成正比（成正比（EPx2）理由如下：理由如下： 由表中数据可知，在误差范围内，由表中数据可知，在误差范围内，xS。 而从（而从（1）中关系式有）中关系式有EPS2， 因而可猜测因而可猜测EPx2 佛山市教学质量检测（二）佛山市教学质量检测（二）16 16（12分）九江大桥撞船

12、事故后，佛山交通部门分）九江大桥撞船事故后，佛山交通部门加强了对佛山市内各种大桥的检测与维修，其中对加强了对佛山市内各种大桥的检测与维修，其中对西樵大桥实施了为期近一年的封闭施工，置换了大西樵大桥实施了为期近一年的封闭施工，置换了大桥上所有的斜拉悬索。某校研究性学习小组的同学桥上所有的斜拉悬索。某校研究性学习小组的同学们很想知道每根长们很想知道每根长50m、横截的圆面积为、横截的圆面积为400cm2的的新悬索能承受的最大拉力。由于悬索很长，抗断拉新悬索能承受的最大拉力。由于悬索很长，抗断拉力又很大，直接测量很困难，同学们则取来了同种力又很大，直接测量很困难，同学们则取来了同种材料制成的样品进行

13、实验探究。材料制成的样品进行实验探究。由胡克定律可知，在弹性限度内，弹簧的弹力由胡克定律可知，在弹性限度内，弹簧的弹力F与形与形变量变量x成正比，其比例系数与弹簧的长度、横截面积成正比，其比例系数与弹簧的长度、横截面积及材料有关。因而同学们猜想，悬索可能也遵循类及材料有关。因而同学们猜想，悬索可能也遵循类似的规律。似的规律。（1）同学们准备象）同学们准备象探究弹簧弹力与弹簧伸长量之探究弹簧弹力与弹簧伸长量之间关系间关系的实验一样将样品竖直悬挂，再在其下端挂的实验一样将样品竖直悬挂，再在其下端挂上不同重量的重物，来完成本实验。但有同学说悬索上不同重量的重物，来完成本实验。但有同学说悬索的重力是不

14、可忽略的，为了避免悬索所受重力对实验的重力是不可忽略的，为了避免悬索所受重力对实验的影响，你认为可行的措施应该是：的影响，你认为可行的措施应该是： ， 。（2）同学们通过游标卡尺测样品的直径来测定其截）同学们通过游标卡尺测样品的直径来测定其截面积，某次测量的结果如图所示，则该样品的直径面积，某次测量的结果如图所示，则该样品的直径为为 。cm12301020 将悬索样品水平放置在光滑水平面上，将悬索样品水平放置在光滑水平面上，用滑轮将竖直向下的重力变为水平的拉力。用滑轮将竖直向下的重力变为水平的拉力。0.830cm（3）经过同学们充分的讨论，不断完善实验方案，）经过同学们充分的讨论，不断完善实验

15、方案，最后实验取得数据如下：最后实验取得数据如下：样样 品品长长 度度 200N400N600N800N样品样品A1m0.50cm20.02cm0.04cm0.06cm0.08cm样品样品B2m0.50cm20.08cm0.16cm0.24cm0.32cm样品样品C1m1.00cm20.01cm0.02cm0.03cm0.04cm样品样品D3m0.50cm20.18cm0.36cm0.54cm0.72cm样品样品E1m0.25cm20.04cm0.08cm0.12cm0.32cm分析样品分析样品C的数据可知的数据可知,其所受拉力其所受拉力F（单位（单位N）与伸）与伸长量长量X(单位单位m)遵循

16、的函数关系式是遵循的函数关系式是 。对比各样品的实验数据可知对比各样品的实验数据可知,悬索受到的拉力与悬索悬索受到的拉力与悬索的伸长量成正比的伸长量成正比,其比例系数与悬索长度其比例系数与悬索长度 成成正比、与悬索的横截面积正比、与悬索的横截面积 成正比。成正比。 拉力拉力伸长量伸长量截面积截面积F2106X（N）的大小的大小平方的倒数平方的倒数题目题目高考理综北京卷高考理综北京卷21（2） 21、（、（2）（）（14分）某同学和你一起探究弹力和弹簧分）某同学和你一起探究弹力和弹簧伸长的关系伸长的关系 ,并测弹簧的劲度系数并测弹簧的劲度系数k。做法是先将待测。做法是先将待测弹簧的一端固定在铁架

17、台上，然后将最小刻度是毫米弹簧的一端固定在铁架台上，然后将最小刻度是毫米的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针的刻度尺竖直放在弹簧一侧，并使弹簧另一端的指针恰好落在刻度尺上。当弹簧自然下垂时，指针指示的恰好落在刻度尺上。当弹簧自然下垂时，指针指示的刻度数值记作刻度数值记作L0 , 弹簧下端挂一个弹簧下端挂一个50g的的砝码时砝码时 , 指针指针714指示的刻度数值记作指示的刻度数值记作L1;弹簧下端挂两个弹簧下端挂两个50g的的砝码时砝码时,指针指示的刻指针指示的刻度数值记作度数值记作L2 , ；挂七个挂七个50g的砝码时，的砝码时，指针指示的刻度数值指针指示的刻度数值记作记作L7。下

18、表记录的是该同学已测出的下表记录的是该同学已测出的6个值个值,其中有两个数其中有两个数值在记录时有误值在记录时有误,它们的代表符号分别是它们的代表符号分别是 和和 .测量记录表：测量记录表：代表符号代表符号L0L1L2L3L4L5L6L7刻度数值刻度数值/cm1.703.405.108.6010.312.1实验中，实验中，L3和和L7两个值还没有测定，请你根据上图两个值还没有测定，请你根据上图将这两个测量值填入记录表中。将这两个测量值填入记录表中。L5L66.8514.05解析：本实验用指针所对刻度尺示数标志指针位置。解析：本实验用指针所对刻度尺示数标志指针位置。刻度尺读数应估读到最小刻度值的

19、下一位，因所用刻刻度尺读数应估读到最小刻度值的下一位，因所用刻度尺最小刻度是毫米，故应估读到毫米刻度下一位，度尺最小刻度是毫米，故应估读到毫米刻度下一位，结果应为结果应为“.” mm（毫米的下一位是估读的）（毫米的下一位是估读的）, 若若以厘米作单位以厘米作单位,小数点后面应有两位即小数点后面应有两位即: “.”cm,故选出故选出L5和和L6。为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按为充分利用测量数据，该同学将所测得的数值按如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：如下方法逐一求差，分别计算出了三个差值：,.LLd,.LLd,.LLdcm007cm906cm906263152041 所给刻度尺

20、的读数差值表示四个钩码对弹簧的拉力所给刻度尺的读数差值表示四个钩码对弹簧的拉力所引起的形变所引起的形变 。追寻前面三个差值的计算规律，即。追寻前面三个差值的计算规律，即可得出可得出 L7L3=7.20cm请你给出第四个差值：请你给出第四个差值：d4= cm。L7 L37.20解析：解析： 题目题目根据以上差值，可以求出每增加根据以上差值，可以求出每增加50g砝码的弹簧平砝码的弹簧平均伸长量。用均伸长量。用d1、d2、d3、d4表示的式子为：表示的式子为：L ，代入数据解得代入数据解得 L cm。444321 )dddd(1.75cm计算弹簧的劲度系数计算弹簧的劲度系数k N/m。（g取取9.8

21、m/s2）解析：解析：N/m2810751891050230 .Lgmk28解见下页解见下页由胡克定律：由胡克定律：LkgmF 0可求得可求得题目题目第第2页页LkgmLkgm44则00 10414LLLd 21524LLLd 32634LLLd 13744LLLd L)LLLL()LLLL(dddd 1641644321432143215cm71164321.ddddL 解析：解析： 所给的刻度尺读数差值表示四个钩码对弹簧所给的刻度尺读数差值表示四个钩码对弹簧的拉力所引起的形变，设每个钩码质量为的拉力所引起的形变，设每个钩码质量为m0，对弹簧，对弹簧的拉力所引起的形变为的拉力所引起的形变为L

22、，由胡克定律有：，由胡克定律有：故：故：+得：得：所以有所以有题目题目第第2页页第第3页页此题基于课本实验：探究弹力和弹簧伸长的关系，此题基于课本实验：探究弹力和弹簧伸长的关系，难点在于把利用打点计时器测定匀变速直线运动加难点在于把利用打点计时器测定匀变速直线运动加速度中的速度中的“逐差法逐差法”思想，迁移到测思想，迁移到测L，目的在于，目的在于充分利用测量数据，减少偶然误差。高考实验题力充分利用测量数据，减少偶然误差。高考实验题力求体现求体现“源于大纲，不拘泥于大纲，着重能力考查源于大纲，不拘泥于大纲，着重能力考查”的命题指导思想，第二个小题一般难度较高，要求的命题指导思想，第二个小题一般难

23、度较高，要求在学过的实验基础上能重组、迁移，包括实验方法、在学过的实验基础上能重组、迁移，包括实验方法、数据处理方法的重组、迁移。盲目的追求变化往往数据处理方法的重组、迁移。盲目的追求变化往往很难抓住这个变化，所以学生应重点把考纲规定的很难抓住这个变化，所以学生应重点把考纲规定的学生实验内容落实好，包括每一个实验的器材，实学生实验内容落实好，包括每一个实验的器材，实验步骤，注意事项，误差分析，条件控制。把每个验步骤，注意事项，误差分析，条件控制。把每个实验的原理和方法理解到位，就可以灵活运用，就实验的原理和方法理解到位，就可以灵活运用，就可以应对高考中以课本实验为基础变化的实验。可以应对高考中以课本实验为基础变化的实验。 试题评析：试题评析：第第4页页题目题目第第2页页第第3页页